DE2115350B2 - Einrichtung zur Geräuschminderung an einer schlitzgesteuerten Axialkolbenpumpe - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Geräuschminderung an einer schlitzgesteuerten Axialkolbenpumpe mit durch Verschwenkung neigungsveränderlicher Schrägscheibe, bei welcher mit den in der umlaufenden Zylindertrommel vorgesehenen Zylindcrbohrungen in Verbindung stehende Steueröffnungen abwechselnd mit einem bogenförmigen Saugkanal und einem bogenförmigen Druckkanal im Steucrspiegel der Maschine in Verbindung treten, wobei mindestens die Eröffnungssteuerkantc des Saugkanals gegenüber der Totpunktlage der umlaufenden Steueröffnungen in Umlaufrichtung zurückvorsetzt ist, so daß sie erst nach einer gewissen Entspannung des eingeschlossenen Druckmittels übersteuert wird.

Bei den in Rede stehenden Axialkolbenpumpe^ die mit hohen Drücken und Förclergeschwindigkcilen arbeiten, treten oft, zumindest bei bestimmten Arbeitsbedingungen, beträchtliche Geräusche auf, die nicht nur wegen der damit verbundenen Lärmbelästigung unerwünscht sind, sondern auch deshalb, weil sie ein Zeichen für stoßweise Beanspruchung der Bauteile sind. Eine Ursache für diese Geräusche liegt in der plötzlichen Druckänderung, wenn beispielsweise ein zunächst mit dem Druckkanal des Steucrspiegels verbundener Zylinder plötzlich zum Saugkanal hin geöffnet wird Das im Zylinder eingeschlossene Öl hohen Drucks entspannt sich dabei plötzlich und führt zu den erwähnten stoßartigen Beanspruchungen.

Es ist bereits versucht worden, das Auftreten solcher Druckstößc dadurch zu verhindern, daß das Druckmittel in den hohen Druck führenden Zylindern entspannt wird, bevor die Verbindung mit dem Saugkanal erfolgt. Hierfür wird die Eröffnungssteuerkante des Saugkanals gegenüber der Totpunktlage in Um lauf richtung zurückversetzt, so daß sie erst dann von der Steueröffnung der Zylinder überfahren wird, wenn der zugehörige. Kolben bereits um einen gewissen Betrag aus der Totlage zurückgezogen ist und dadurch das Druckmittel entspannt hat. Diese Maßnahme ist für Maschinen konstanter Fördermenge, die bei etwa konstantem Druck arbeiten, zufriedenstellend. Bei Fördermengen verän derlicher Maschinen, bei denen die Fördermenge über die Veränderung der Neigung der Schrägscheibe eingestellt wird, reicht diese Maßnahme jedoch nicht aus. weil bei einer Einstellung der Maschine auf verringerte Fördermenge durch den dann geringeren Kolbenhub keine genügende Entspannung des Druckmittels mehr erreicht werden kann.

Es sind deshalb auch bereits zusätzliche Maßnahmen im Bereich des zwischen dem Saug- und Druckkanal befindlichen Trennstegs vorgesehen worden, mit denen eine Entspannung des eingeschlossenen Druckmittels hohen Drucks vor der Öffnung der Saugscite erreicht werden soll. Es sind beispielsweise Bohrungen im Trcnnsteg vorgesehen worden, die zu federbeaufschlagten Druckbegrcnzungsventilen führen, so daß zumindest ein Teil des Druckes über das Druckbegrenzungsventil abgebaut wird, bevor eine Öffnung /ur Saugseite erfolgt. Dabei hat sich jedoch gezeigt, daß nunmehr die eingebauten Ventile Geräusche erzeugen. Außerdem kann das Ventil beispielsweise durch Verschmutzung oder Federbruch ausfallen.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung zur Geräuschminderung ist die im Trcnnsteg vorgesehene Bohrung ohne Zwischenschaltung eines Druckbcgrenzungsveniils direkt mit einem abgeschlossenen Dämpfungsraum verbunden. Auch diese Maßnahme löst das Problem nur in einem begrenzten Retriebsbereich der Maschine, auf welchen der Dämpfungsraum ausgelegt ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Geräuschminderung für eine Axialkolbenpumpe der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei welcher die Entspannung des Druckmittels hohen Drucks vor der Übersteuerung des Saugkanals auch in Betriebszuständen mit verringerten Fördermengen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Kolben mittels eines über eine Gelenkkugcl verschwenkbar an der Kolbcnunterscite angeordneten Gleitschuhs auf der Schrägscheibe abgestützt ist und daß in der Anlagefläche des Gleiischuhs an der Schrägscheibe eine Ausnehmung für ein hydrostatisches Gleitlager vorgesehen ist, die über Bohrungen im Gleitschuh und Kolben mit dem Arbeitsraum in Verbindung steht, und daß die Schrägscheibe in ihrem dem zwischen dem Druck- und dem Saugkanal des Stcuerspiegcls liegenden, dem oberen Totpunkt zugeordneten Steuersteg gegenüberliegenden Bereich eine Entspannungsbohrung aufweist, die auf der Schrägscheibe an einer solchen Stelle angeordnet ist.

daß der wirksame Durchlaßqucrsehnitt der Enlspannungsbohrung vom jeweiligen Schwenkwinkel der Schrägscheibe abhängt.

Nach einer Ausstattung der Erfindung hat die Schrägscheibe die Form einer von einem schwenkbarcn loch gehaltenen ringförmigen Scheibe, die relativ zum Joch in zwei unterschiedlichen Stellungen wahlweise festlegbar ist

Die Entspannungsbohrung ist also aui der Schrägscheibe an einer solchen Stelle angeordnet, daß unter Berücksichtigung der Gleitbahnen der Gleitschuhe ihr wirksamer Durchlaßqucrsehnitt vom Schwcnkwinkel der Schrägscheibe abhängt.

Somit wird bei einer Null-Schwenkstellung oder bei kleineren Schwenkwinkcln, bei dener. keine ausreichcnde Entspannung des eingeschlossenen Druckmittels am oberen Totpunk» durch den Kolbenrückhub erreicht wird, das eingeschlossene Druckmittel über die Entspannungsbohrung entspannt. Bei größeren Schwenkwinkeln, wo durch den Kolbenrückhub eine ao zufriedenstellende Entspannung erzielt wird, bleibt die Kntspannungsbohrung abgetrennt und unwirksam. Bei dazwischenliegenden Schwenkwinkcln sind die Entspannungsbohrung und der Kolbenrückhub beide bei der Entspannung wirksam, und zwar in entgegenge- »5 setzten Phasen allmählich ansteigend und abnehmend. Auf diese Weise wird der Geräuschpegel in fördermengenveränderlichcn Axialkolbenpumpen, die in Systemen mit konstantem Druck arbeiten, erheblich verringert, wobei gleichzeitig eine Verringerung von Gasaus-Scheidungen und Kavitationserosion erreicht wird.

Die vorgeschlagene Einrichtung weist im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen keine zusätzlichen störanfälligen Organe, wie Ventile, Dämpfungsrätimc od. dgl., auf.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Atisl'ühiungsbeispielx unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, es zeigt

F i g. I den Längsschnitt einer fördermengenvariablcn Axialkolbenpumpe,

F i g. 2 die Draufsicht auf den Steuerspiegel der in F i g. I dargestellten Axialkolbenpumpe,

F i g. 3 die Rückseite der Schrägscheibe der Axialkolbenpumpe nach F i g. 1,

F i g. 4 einen Schnitt der F i g. I auf der Linie 4-4,

F i g. 5 und b Kolben, Gleitschuh und Schrägscheibe der Axialkolbenpumpe mit unterschiedlichen Schwenkwinkcln der Schrägscheibe.

F i g. 1 zeigt eine Axialkolbenpumpe, deren Gehäuse 10 am rechten Ende mit dem Deckel 12 verschlossen ist. Die Pumpenwelle 14 isi in Lagern 16. 18 im Gehäuse 10 in dem Deckel 12 gelagert. Auf der Welle 14 ist die Zylindertrommel 20 verteilt, die eine Vielzahl von Zylinderbohrungen 22 aufweist, in denen die Kolben 24 verschiebbar sit/cn. Die Zylindertrommel 20 ist mit der Innenfläche des Deckels 12 in Koniakt, der mit .Steueröffnungen versehen ist, welche mit entsprechenden Zylindcröffnungcn 26 zusammenwirken.

Die Kolben 24 sind über ihre Kugelenden 28 mit den Gleitschuhen 30 verbunden, die mit Ausnehmungen 32 mit etwa gleichem Durchmesser wie die Zylinderbohrungcn 22 versehen sind. Die Ausnehmungen 32 stehen mit den Zylinderbohrungen durch Kanüle 34 und 36 in den Kolben bzw. Gleitschuhen in Verbindung. Die Gleitschuhe 30 gleiten auf der flachen ringförmigen Schrägscheibe 38, die von dem kippbaren loch 40 getragen wird. Das Joch 40 ist in dem Gehäuse 10 kippbar um die Achse 42 mit Hilfe eines Drehzapfens gelagert, der nicht dargestellt ist. Der Kippwinkel wird durch geeignete Verdrängungseinrichtungen bekannter Art gesteuert Er kann beispielsweise mit einem Hilfskolben, der auf den Förderdruck der Pumpe anspricht, gesteuert werden, so daß der Druck verhältnismäßig konstant gehalten wird.

F i g. 2 zeigt die Anordnung der Einlaß- und Auslaßöffnungen im Steucrspiegel des Gehäusedeckels 12. Für eine Pumpe, in der die Zylindertrommel im Uhrzeigersinn am Steuerspicgel rotiert sind der Saugkanal 44 und der Druckkanal 46 bogenförmig ausgebildet und mittels eingesenkter Durchgänge verbunden, die gestrichelt 48 und 50 dargestellt sind. Der Umschalt- oder Trennsteg am oberen Totpunkt 52 ist im Uhrzeigersinn erheblich über die Kante der Zylinderöffnung 26 verlängert und in F i g. 2 in der Eröffnungsstellung gestrichelt dargestellt. Mit dem oberen Totpunkt ist der Punkt der Arbeitsbewegung eines einzelnen Kolbens gemeint, bei dem das Volumen im Zylinder ein Minimum ist.

An diesem Punkt ist das Druckmittel im Zylinder eingeschlossen, sobald es vom Druckkanal 46^abgeschnitten ist. Vor der Verbindung der Zylinderöffnung 26 mit dem Saugkanal 44 soll das Druckmittel allmählich auf einen Druck entspannt werden, der dem saugseiligen Druck in etwa entspricht. Wenn die Schrägscheibe 38 den maximalen Schwenkwinkel aufweist, dient der Rückhub des Kolbens, der am oberen Totpunkt beginnt, bis zu dem Zeilpunkt, an dem die Steueröffnung 26 den Saugkanal 44 öffnet diesem Zweck. Wenn die Schrägscheibe 38 jedoch im Bereich des Schwcnkwinkels null steht und der Druck in dem Druckkanal 50 konstant bleibt, wird das in dem Zylinder eingeschlossene Druckmittel durch die Kolbenbewegung nicht genügend entspannt, so daß Stöße und dadurch Geräusche sowie eine Erosion der Steuerflächen im Bereich des Steuerspiegels entstehen.

Um das zu vermeiden, ist eine Entspannungsleitung vorgesehen, die durch den Kolben, den Gleitschuh und die Schrägscheibe zurück ins Innere des Gehäuses führt, wobei vorteilhaft von den geometrischen Beziehungen zwischen der Schrägscheibe und dem Gleitschuh Gebrauch gemacht wird und die Entspannungsleitung so gesteuert wird, daß sie nur wirksam ist, wenn sie tatsächlich benötigt wird. Zu diesem Zweck ist eine Entspannungsbohrung 54(Fi g. 3) in der Arbeitsfläche 56 der Schrägscheibe 38 vorgesehen, die über eine Gegcnbohrung 58 in der Rückseite und eine Öffnung 60 ins Innere des Gehäuses führt. Die Schrägscheibe 38 weist ein Paar zylindeiförmiger Bohrungen 62 und 64 auf ihrer Rückseite auf, die mit einem nicht dargestellten Paßstift im |och 40 zusammenwirken, der auf halbem Wege /wischen dem oberen und unteren Totpunkt angeordnet ist Bei Eingriff des Paßstiftes in die Bohrungen 62 liegt die Entspannungsbohrung 54 gemäß F i g. 3 bei Pumpen, die sich gegen den Uhrzeigersinn drehen, ein Paar Grad hinter dem oberen Totpunkt, und der Eingriff des Paßsliftes in die Bohrung 64 dient in gleicher Weise für Pumpen mit Drehung im Uhrzeigersinn.

In den F i g. 5 und b sind die geometrischen Beziehungen zwischen der Schrägscheibe und den Gleitschuhen 30 schematisch dargestellt. F i g. 5 zeigt die Stellung der Bauteile bei in Null-Schwenklage befindlicher Schrägscheibe und F i g. 6 die Stellung bei maximaler .Schwenklage. In beiden F i g. 5 und b ist der Abstand A von der Mittellinie bzw. Achse Wder Welle 14 zu den Mittellinien X der Kolben konstant. In F i g. 5 steht die

Kntspannungsbohrung 54 iiiii dem Ausglciehshohlrauin 32 in Verbindung mit einem Abstand B von dci Wellenachsc W der Welle 14. Wenn die Schrägscheibe 38 um die Schwenkachse 42 verschwenkt wird, durchläuft die Kante der Entspannungsbohrung 54 eine bogenförmige Bahn, die in F i g. 5 gestrichelt angedeutet ist. Wenn ein maximaler Hub eingestellt ist. hai die finlspannungsbohrung einen Abstand B' von der Wellcnachse W. Beim Verschwenken der Schrägscheibe 38 kippen auch die Gleitschuhe 30 um den Mittelpunkt der Kugel 28. wie F i g. 6 zeigt. Die innere Kante des Ausglcichshohlraums 32 bewegt sich somit längs des gestrichelten Bogens 68 in die gestrichelt angedeutete Stellung 30' und hat deshalb an Stelle des anfänglichen Abstandes C einen größeren Abstand C zur Wcllenachsc IV. Dei Abstand C ist größer als der Abstand ö'. Im Verlauft dieser Bewegung wird die Verbindung zwischen dei Kntspannungsbohrung 44 und dem Ausglcichshohlrauni 32 vollständig unterbrochen, wenn die Schrägscheibe 38 einen Schwenkwinkcl einnimmt, der ϊητ Bereich dci mit F i g. 5 gezeigten Null- und der mi! F i g. b gezeigten Maximulstcllung liegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Geräuschminderung an einer schlitzgesteuerten Axialkolbenpumpe mit durch Verschwenkung neigungsveränderlicher Schrägscheibe, bei welcher mit den in der umlaufenden Zylindertrommel vorgesehenen Zylinderbohrungen in Verbindung stehende Steueröffnungen abwechselnd mit einem bogenförmigen Saugkanal und einem bogenförmigen Druckkanal im Steuerspiegel in Verbindung treten, wobei mindestens die Eröffnungsslcuerkante des Saugkanals gegenüber der Totpunktlage der umlaufenden Steueröffnungen in Umlaufrichtung zurückversetzt ist, so daß sie erst nach einer gewissen Entspannung des eingeschlossenen Druckmittels übersteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (24) mittels eines über eine Gelenkkugel (28) verschwenk bar an der Kolbenunlerseilc angeordneten Gleil- so schuhs (30) auf der Schrägscheibe (38) abgestützt ist und daß in der Anlagefläche des Gleitschuhs (30) an der Schrägscheibe (38) eine Ausnehmung (32) für ein hydrostatisches Gleitlager vorgesehen ist, die über Bohrungen im Gleitschuh und Kolben mit dem as Arbeitsraum in Verbindung steht, und daß die Schrägscheibe (38) in ihrem dem zwischen dem Druck- und dem Saugkanal (46, 44) des Steuerspiegels liegenden, dem oberen Totpunkt zugeordneten Steuersteg (52) gegenüberliegenden Bereich eine Entspannungsbohrung (54) aufweist, die auf der Schrägscheibe an einer solchen Stelle angeordnet ist, daß der wirksame Durchlaßqucrschnitt der Entspannungsbohrung (54) vom jeweiligen Schwenkwinkel der Schrägscheibe (38) abhängt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägscheibe (38) die Form einer von einem verschwenkbjren Joch (40) gehalterten ringförmigen Scheibe hat, die relativ zum Joch in /."wci unterschiedlichen Stellungen wahlweise festlegbar ist.